JP6115269B2 - 超音波プローブ支持装置、超音波診断装置、および超音波診断システム - Google Patents

Description

本発明は、血管内皮機能検査で使用する超音波プローブの位置・姿勢を支持する装置に関する。

動脈硬化の初期の症状を検査する方法として、非侵襲的に血管の内皮機能を計測するＦＭＤ（Ｆｌｏｗ Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｄｉｌａｔｉｏｎ）が知られている。ＦＭＤでは、前腕を駆血解除した後の上腕動脈の径変化率を計測する。内皮機能が正常の場合、駆血解除により血流量が増加すると、内皮細胞から一酸化窒素等の内皮依存弛緩因子が放出され、血管が拡張する。一方、内皮機能に障害がある場合、内皮依存弛緩因子の放出量が少なく、拡張反応が弱い、と言われている。具体的には、安静時の血管径をＡ、駆血解除後の最大拡張期の血管径をＢとすると、径変化率を表す％ＦＭＤ＝（Ｂ−Ａ）／Ａが５〜６％未満の場合、内皮機能の低下を疑う。

上腕動脈の血管径は、超音波を送受信する超音波プローブを上腕に当て、超音波診断装置にて、上腕動脈の長軸断面から計測する。ところが、この長軸断面を出すには、対象の血管が３〜４ミリと小さいため、超音波プローブの超音波送信面を血管の長軸断面に合わせるのは容易ではなく、相応のトレーニングが必要である。

血管の長軸断面を簡単に画面に出す方法として、最初に、血管の短軸断面を画面に出す方法が知られている。具体的には、最初に、超音波プローブの長手方向を上腕の中枢・末梢軸に対して直交させて、短軸断面を画面に出す。次に、上腕に沿うように超音波プローブを滑らせながら、血管を探す。そして、血管が見つかった後に、血管を画面の中央に表示させるように超音波プローブを移動させ、超音波プローブを９０度回転させる。このとき、特許文献１で開示されているような超音波プローブを９０度回転させる回転機構を用いると、回転軸が固定されるため、より簡単に長軸断面を出すことができる。特に、血管の長軸断面と短軸断面を交互に確認したい場合には、有用である。

特開２００６−２８８８７７号公報

図４Ａは、超音波プローブ１１を上腕３０に当てている様子の断面図を示している。

３１は血管（上腕動脈）、３２は上腕二頭筋、３３は肘、である。

ところで、表在で使う超音波プローブはリニアプローブと呼ばれ、長軸の長さが約４センチあり、頚動脈、乳腺、整形等、多くの診断領域で使用される。しかしながら、このリニアプローブを上腕に対して使うと、図４Ａに示されるように、超音波プローブ１１が上腕二頭筋３２に接触するため、超音波プローブ１１が上腕３０の外側に出てしまう場合がある。このような場合、回転軸が中心にある回転機構を使うと、血管３１の長軸断面を画面に出せない。

このとき、図４Ｂに示されるように、上腕３０の側面から超音波プローブ１１を当てれば回転できるが、画面中の血管３１が浅くなるため、超音波プローブ１１の押しつけの影響が血管径に及ぶ可能性がある。また、体内から反射して返ってくる超音波の受信フォーカスが十分にできず、画質が悪いことが多い。

その他の方法として、水の入ったウォータバッグを超音波プローブと上腕の間に挿入する方法もあるが、準備に手間を要する上、やぶれる可能性もある。そのため、図４Ａに示されるように、上腕の上面において、超音波プローブを回転できることが望ましい。

そこで、本発明では、上腕二頭筋の影響を受けずに、超音波プローブを９０度回転できることができる超音波プローブ回転機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る超音波プローブ支持装置は、測定対象に超音波を送受信する超音波プローブが着脱自在である超音波プローブ保持部と、前記超音波プローブ保持部の側面に取り付けられ、前記超音波プローブの超音波送受信面において前記超音波プローブが取り付けられた前記超音波保持部の回転を支持する超音波プローブ回転部と、前記超音波プローブの位置及び姿勢を支持するアーム機構を備え、前記アーム機構の一端は、前記超音波プローブ回転部に取り付けられており、前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブ回転部の中心を通る前記超音波プローブの前記測定対象との接触面に垂直な線上にある回転軸を中心として回転し、前記回転軸は、前記超音波プローブ保持部の中心からずれている、ことを特徴としている。

これにより、本発明では、上腕二頭筋の接触の影響を受けずに、超音波プローブを９０度回転でき、結果として、簡単に上腕動脈の長軸断面を画面に出すことができる。

本発明に係る診断システムの全体構成図である。 本発明に係る超音波プローブ支持装置の側面図である。 本発明に係る超音波プローブ支持装置の上面図である。 本発明に係る超音波プローブ支持装置の側面図である。 本発明に係る超音波プローブ支持装置の斜視図である。 本発明に係る超音波診断装置の処理ブロック図である。 本発明の背景となっている課題を説明するための図である。 本発明の背景となっている課題を説明するための図である。 本発明に係る超音波診断装置の画面の一例図である。 本発明に係る超音波診断装置の画面の一例図である。 本発明に係る超音波診断装置の画面の一例図である。 本発明に係る診断の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明に係る超音波診断装置の処理を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る超音波プローブ回転部の位置の一例図である。 本発明に係る超音波診断装置が表示する回転軸ラインの設定方法を説明するための図である。 本発明に係る超音波診断装置が表示する回転軸ラインの設定方法を説明するための図である。 本発明に係る回転軸描画部の詳細な処理ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。同じ要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。

以降、システムの構成と動作について説明する。

（実施の形態）
［構成］
図１は、本発明に係る超音波診断システムの全体構成である。

図１に示されるように、大まかな構成として、超音波を送受信する超音波プローブ１１と、超音波プローブ１１を支持する超音波プローブ支持装置２０と、超音波画像を表示する超音波診断装置１０、から構成される。３０は、測定対象である上腕である。

図２Ａ〜Ｄは、超音波プローブ支持装置２０の構成図である。

図２Ａは、超音波プローブ支持装置２０の側面図である。

図２Ｂは、超音波プローブ支持装置２０の上面図である。

図２Ｃは、超音波プローブが９０度回転した場合の超音波プローブ支持装置２０の側面図、である。

図２Ｄは、超音波プローブ支持装置２０の斜視図である。

図２Ａ〜Ｄに示されるように、超音波プローブ支持装置２０は、アーム２１、アーム２２、超音波プローブ保持部２３、超音波プローブ回転部２４、超音波プローブ固定部２５、上腕固定部２６、アーム移動部２７、基台２８から構成される。

また、図２Ａ〜Ｄ中の、３０は上腕の断面、３１は血管の断面、である。

アーム２１、アーム２２は、超音波プローブ１１の位置・姿勢を支持するための部材である。アーム２１は、超音波プローブ１１を上腕３０に対して側面、斜め、上面等、様々な角度から当てられるように、曲がった形状を取る。

アーム２１、アーム２２、超音波プローブ固定部２５の三要素でアーム機構を構成する。超音波プローブ固定部２５は、アーム２１とアーム２２を係合し、アーム２１の一端は超音波プローブ回転部２４に取り付けられている。このアーム機構全体で、超音波プローブ１１、超音波プローブ保持部２３、超音波プローブ回転部２４、を含むユニットの位置・姿勢を確定し、固定する。

超音波プローブ固定部２５は、アーム２１に沿って、もしくはアーム２２に沿って可動である。具体的には、超音波プローブ１１と上腕３０の距離は、超音波プローブ固定部２５を通過するアーム２２の長さで調整する。同様に、超音波プローブ１１の上腕３０に対する角度は、超音波プローブ固定部２５を通過するアーム２１の長さで調整する。

また超音波プローブ固定部は、超音波プローブ１１の測定対象との接触面で回転可能である。

超音波プローブ保持部２３は、超音波プローブ１１を固定・保持する部材である。具体的には、超音波プローブ１１の型が取られたケースであり、操作者が超音波プローブ１１を超音波プローブ保持部２３に差し込み、固定する。

超音波プローブ回転部２４は、超音波プローブ保持部２３を超音波プローブ１１ごと９０度回転させるための部材であり、蝶番に相当する。超音波プローブ回転部２４は、超音波プローブ保持部２３の長手方向の側面に取り付けられており、アーム２２を回転軸とするが、この回転軸の位置は、超音波プローブ１１の長軸の中心ではない。具体的には、図８に示されるように、超音波プローブ１１の端から１センチ内側で回転できるように、回転軸は超音波プローブ保持部２３の長手方向の側面の中心線からずらしている。これにより、上腕二頭筋に接触することなく、超音波プローブ１１を回転できる。なお、回転軸であるアーム２２は超音波プローブ回転部２４の中心を通る鉛直方向の線上に存在する。

上腕固定部２６は、上腕を固定する部材である。上腕固定部２６は、超音波プローブ１１を上腕３０の側面や斜めから当てる場合でも上腕が動かないように、上腕に接触する面は、斜面もしくは曲面にすることが好ましい。

アーム移動部２７は、アーム２１を移動させるためのレールである。アーム２１を上腕の中枢・末梢軸に沿って移動できる。

基台２８は、測定対象である上腕を載せるための部材であり、基台２８上には、上腕固定部２６、アーム移動部２７が設けられている。なお、測定対象である上腕は基台２８の長手方向に交わるように基台２８上に置いて測定することを想定している。また、アーム移動部２７は、基台２８上面の長手方向に垂直に設けられる。

図３は、超音波画像を表示する超音波診断装置１０の構成図である。

図３に示されるように、超音波診断装置１０は、超音波送受信部１２、画像生成部１３、血流検出部１４、回転軸描画部１５、表示部１６、操作部１７、から構成される。

超音波送受信部１２は、超音波の波形を決める電気信号を超音波プローブ１１との間で送受信する処理ユニットである。超音波プローブ１１より出力される電気信号をデジタル信号に変換し、画像生成部１３と血流検出部１４へ出力する。また、超音波プローブ１１へ電気信号を送り、超音波を送信させる。

画像生成部１３は、超音波画像を形成する処理ユニットである。超音波送受信部１２より出力されるデジタル信号を輝度値に変換し、超音波画像を形成する。そして、超音波画像を回転軸描画部１５へ出力する。

血流検出部１４は、血流を検出する処理ユニットである。これは、カラーフローとして知られる処理で、詳細な説明は省略するが、体内から返ってくる超音波の位相変化から血流を検出する。検出後、血流分布を回転軸描画部１５へ出力する。

回転軸描画部１５は、超音波プローブ１１の回転位置を超音波画像上に示す処理ユニットである。画像生成部１３より出力される超音波画像に血流検出部１４より出力される血流分布を重畳させた後、超音波プローブ回転部２４の回転軸の位置を描画する。描画後、超音波画像を表示部１６へ出力する。

表示部１６は、ディスプレイである。回転軸描画部１５より出力される超音波画像を表示する。

操作部１７は、ユーザーからの操作指示を受け付ける処理ユニットである。本実施の形態では、タッチパネルである。

図１０は、超音波画像を表示する回転軸描画部１５の構成図である。

図１０に示されるように、回転位置設定部１５０、回転位置記憶部１５１、画像記憶部１５２、描画操作受付部１５３、描画切替え部１５４、から構成される。

回転位置設定部１５０は、超音波プローブ支持装置２０の設計・開発者が使用する処理ユニットで、回転位置記憶部１５１に回転軸の位置を設定する。位置の算出方法については、後述する。

回転位置記憶部１５１は、回転軸の位置を保持する記憶ユニットである。

画像記憶部１５２は、画像生成部１３により生成された超音波画像に血流検出部１４で検出した血流分布を重畳した超音波画像を保持する記憶ユニットである。

描画操作受付部１５３は、操作部１７より入力されるユーザーからの描画操作指示を受け付ける処理ユニットである。表示の場合は、描画切替え部１５４に対して、回転軸の描画命令を、非表示の場合は、消去命令を出力する。

描画切替え部１５４は、描画操作受付部１５３より入力される描画・消去命令に基づいて、回転軸ラインの描画と消去を行う。描画の場合は、回転位置記憶部１５１より回転軸の位置座標を、画像記憶部１５２より超音波画像をそれぞれ読み出し、超音波画像上に回転軸ラインを描画して、表示部１６へ出力する。消去の場合は、読み出した超音波画像をそのまま表示部１６へ出力する。

［動作］
以下、具体的な診断の流れを追いながら、各部材と処理部の動作について、図６と図７を用いて説明する。

図６は、血管の長軸断面を画面に出すまでの操作者の手順を示す。

［ステップＳ１］
最初に、検査者は、上腕固定部２６で被検者の腕を固定する。

［ステップＳ２］
次に、アーム移動部２７上を滑らせてアーム２１を動かし、上面から見て、アーム２１が上腕３０の計測箇所を横断するように設置する。次に、超音波プローブ１１の長手方向を上腕の中枢・末梢軸に直交させて、上腕の短軸断面を画面に出す。そして、曲面形状のアーム２１をなぞるように超音波プローブ１１を動かしながら、血管の短軸断面を探す。このとき、血流検出部１４のカラーフローを使うと見つけやすい。

［ステップＳ３］
次に、血管が動脈であることを確認するために、超音波プローブ１１を押して、血管が変形しないことを確認する。変形する場合は、静脈であるので、別の血管を探す。カラーフローが示す血流の方向で判断できる場合は、それでも構わない。

［ステップＳ４］
次に、超音波プローブ１１の位置決めを行う。

図５Ａ〜Ｃは、表示画面の一例である。５０は超音波画像、５１は回転軸アイコン、５２は回転軸ライン、６０は画面上の血管、である。

操作者は、画面上の回転軸アイコン５１を押して、図５Ｂに示す通り、回転軸ライン５２を表示させる。その後、超音波プローブ１１を動かし、画面上の血管６０が回転軸ライン５２に重なるようにする。

［ステップＳ５］
次に、超音波プローブ１１の位置・姿勢を超音波プローブ固定部２５で固定する。

［ステップＳ６］
最後に、超音波プローブ１１を９０度回転させる。図５Ｃに示されるように、血管の長軸断面が出た後、回転軸アイコン５１を押して、回転軸ライン５２を非表示にする。

尚、回転軸ライン５２が表示されることで、超音波画像５０の確認が難しくなる可能性がある。そのため、回転軸ライン５２の表示／非表示の切替えは、随時行って良い。

尚、回転軸ライン５２は、超音波プローブ支持装置２０の設計・開発者が設定することを想定しているが、水中または寒天中にワイヤが設置されたファントムを用いて設定すると良い。図９Ａは、ワイヤの長軸断面の超音波画像である。図９Ａの状態にした後、超音波プローブ１１を９０度回転させる。すると、図９Ｂのように、ワイヤの短軸断面が超音波画像に描出される。このときの、画面上のワイヤ７０の位置が回転軸ライン５２となる。

図７は、装置側である超音波診断装置１０の一枚の超音波画像を表示する処理の流れである。

［ステップＴ１］
最初に、画像生成部１３で、超音波送受信部１２より出力される超音波信号から超音波画像を生成する。

［ステップＴ２］
並行して、血流検出部１４で、超音波送受信部１２より出力される超音波信号から血流を検出する。前述の通り、カラーフローに相当する処理である。

［ステップＴ３］
次に、回転軸描画部１５で、ステップＴ１で生成した超音波画像に、ステップＴ２で得られた血流分布を重畳する。

［ステップＴ４］［ステップＴ５］
次に、回転軸描画部１５で、操作者による回転軸ラインの表示指示を確認する。表示が指示されている場合、血流分布が重畳された超音波画像に、回転軸ラインを描画する。支持されていない場合は、描画しない。

以上が、超音波画像一枚に対する超音波診断装置１０の処理の流れである。

［効果］
以上のように、本発明に係る超音波プローブ支持装置は、超音波プローブの長軸の中心とは異なる位置で９０度回転な回転機構を有するため、特に、上腕動脈の長軸断面を超音波画像に出す際に、筋肉に接触することなく、回転できる。

本発明に係る超音波プローブ支持装置は、上腕動脈の血管拡張反応から初期の動脈硬化を検査するＦＭＤ検査において、超音波プローブの位置決めに利用可能性がある。

１０ 超音波診断装置
１１ 超音波プローブ
１２ 超音波送受信部
１３ 画像生成部
１４ 血流検出部
１５ 回転軸描画部
１６ 表示部
１７ 操作部
２０ 超音波プローブ支持装置
２１ アーム
２２ アーム
２３ 超音波プローブ保持部
２４ 超音波プローブ回転部
２５ 超音波プローブ固定部
２６ 上腕固定部
２７ アーム移動部
２８ 基台
３０ 上腕
３１ 血管
５０ 超音波画像
５１ 回転軸アイコン
５２ 回転軸ライン
６０ 画面上の血管
７０ 画面上のワイヤ
１５０ 回転位置設定部
１５１ 回転位置記憶部
１５２ 画像記憶部
１５３ 描画操作受付部
１５４ 描画切替え部

Claims (10)

1. 測定対象に超音波を送受信する超音波プローブが着脱自在である超音波プローブ保持部と、
   前記超音波プローブ保持部の側面に取り付けられ、前記超音波プローブの超音波送受信面において前記超音波プローブが取り付けられた前記超音波プローブ保持部の回転を支持する超音波プローブ回転部と、
   前記超音波プローブの位置及び姿勢を支持するアーム機構を備え、
   前記アーム機構の一端は、前記超音波プローブ回転部に取り付けられており、
   前記超音波プローブ保持部は、前記超音波プローブ回転部の中心を通る前記超音波プローブの前記測定対象との接触面に垂直な線上にある回転軸を中心として回転し、
   前記回転軸は、前記超音波プローブ保持部の中心からずれている、
   超音波プローブ支持装置。
2. 前記回転軸は、前記測定対象と前記超音波プローブ保持部の長手方向に沿った側面の中心線との間にある、
   請求項１に記載の超音波プローブ支持装置。
3. 前記アーム機構は、少なくとも１以上の曲面状のアームを有する、
   請求項１または２に記載の超音波プローブ支持装置。
4. 前記アーム機構は、更に棒状のアームと、前記曲面状のアームと前記棒状のアームとを係合する係合部を有し、
   前記棒状のアームの一端は、前記超音波プローブ回転部に取り付けられており、
   前記棒状のアームは前記回転軸であり、
   前記係合部は、前記棒状のアームもしくは前記曲面状のアームに沿って可動である、
   請求項３に記載の超音波プローブ支持装置。
5. 前記超音波プローブ保持部の側面は、前記超音波プローブの長手方向に沿った側面である、
   請求項１〜４のいずれかに記載の超音波プローブ支持装置。
6. 更に、基台を備え、
   前記基台上には、レール機構が設けられており、
   前記アーム機構のもう一方の一端は、前記レール機構に取り付けられており、
   前記アーム機構は、前記レール機構に沿って可動である、
   請求項１〜５のいずれかに記載の超音波プローブ支持装置。
7. 前記基台は、前記基台上に前記測定対象を固定する測定対象固定部を有し、
   前記測定対象固定部の前記測定対象との接触面は、斜面もしくは曲面である、
   請求項１〜６のいずれかに記載の超音波プローブ支持装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の超音波プローブ支持装置に支持される超音波プローブから超音波を受信し、超音波画像を生成する超音波画像生成部と、
   前記請求項１〜７のいずれかに記載の回転軸を前記超音波画像上に描画する回転軸描画部と、
   前記超音波画像を表示する表示部を備える、
   超音波診断装置。
9. 操作者から前記超音波画像上への前記回転軸の表示指示もしくは非表示指示を受け付ける操作部を備える、
   請求項８に記載の超音波診断装置。
10. 請求項１〜７のいずれかに記載の超音波プローブ支持装置と、
    請求項８または９に記載の超音波診断装置と、
    前記超音波プローブ支持装置によって支持される超音波プローブを備えた、
    超音波診断システム。

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